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1、超重力精馏技术的研发及产业化应用,浙江工业大学计建炳2011年3月,一、项目背景,1、化学工业一方面向大型化发展，另一方面向产品功能 化精细化方向发展；2、随着环保要求和生产成本的不断提高，多品种小批量 的溶剂回收日益增多；3、资源能源节约日趋紧迫。 因此，研发小型高效的化工装备对于节能减排，满足化学工业发展的新需求具有重要的意义。 化工过程强化是实现设备小型高效的重要途径，超重力技术可实现精馏设备小型高效的目标。,一、项目背景,本项目研发的折流式超重力床是我国原创的精馏设 备，并实现了产业化，技术处于国际先进水平，其工业应用成功丰富了精馏技术； 超重力精馏技术适合精细化工、医药化工等产品品种
2、多，批量小的场合以及高粘度、热敏物料的分离和空间受限的场合。,超重力技术简介,二、超重力技术(Higee),起源：1970 年代末期美国太空计划征求微重力场研究项目，英国 ICI 新科学研究小组提出。Higee原理：利用离心力场代替重力场，气液传质速率提高10倍以上。,气相,液相,g,常规气液接触设备,二、超重力技术(Higee),超重力精馏装置,二、超重力技术(Higee),英国ICI公司Ramshaw教授在1981年申请了世界上第一个填料式超重力床专利；已在吸收、解吸、气液反应和纳米材料制备中得到应用；开始的研究目标用于精馏，但未能在精馏成功应用。,Gas Inlet,Gas Outlet
3、,Liquid Outlet,Liquid Inlet,Rotor,Rotating Shaft,Rotating Packed Bed (HIGEE),碟片填料式,螺旋板式,二、超重力技术(Higee)常见超重力旋转床的结构,超重力旋转床的优点,传质效率/通量非常高，不易液泛；液速非常高，适于高粘度物料的处理；微观混合程度很大，适于制备纳米粉体材料；持液量很小，适于贵重/有毒物料的处理；气液停留时间极短，适于热敏物系的分离；转子可自清洗，适于含固/结垢物料处理；安装方向随意，抗颠簸，可安装于运动物体。,二、超重力技术(Higee),二、超重力技术(Higee)现有超重力旋转床的缺点,每台设备
4、需2个动密封，多转子串联困难，且上动密封易腐蚀而影响设备的寿命。转子整体转动，故难以实现中间进料，只能用于全回流。若要实现连续精馏，则需用2台旋转床。转子的直径有限(受动平衡的限制)，而且因气液接触时间极端短，设备的分离能力受到限制，不能满足常规精馏分离的要求。,1、难以在转子上进料；2、分离能力不能满足精馏的要求,三、填料式超重力床未能在精馏中应用的原因,结构：1、转子整体旋转，2、转子与气相管之间有动密封。,四、结构创新折流式超重力床,1、转子由动、静部件组合，可在转子上进料，省掉转子与气相管的动密封。,四、结构创新折流式超重力床,四、结构创新折流式超重力床,2、多层转子同轴可放便可靠地串
5、联，分离能力大大提高。,四层转子串联可以达到32块理论塔板数,四、结构创新折流式超重力床,3、动、静折流圈作为气液接触元件，气液分布均匀。,每个传质单元0.7块理论板，27块/米,四、结构创新折流式超重力床,上板静止下板旋转，可省掉上动密封，设备可靠性提高上板静止，进料口可设置在上板任意位置，实现中间进料，因而可用于连续精馏过程转子的气液接触元件为折流圈，不需要中心进料的液体分布器，防堵塞的能力强转子内气液以“S”形路线通过折流圈，流动路径增长，停留时间延长，有利于提高传质效率易于在一个壳体内实现多转子同轴串联，理论塔板数成倍的提高,四、结构创新折流式超重力床折流超重力旋转床特点,五、设备性能
6、研究,气体流量对压降的影响,五、设备性能研究,夜体流量对压降的影响,五、设备性能研究,转速对功耗的影响,五、设备性能研究,气液流量和转速对传质效率的影响,每个传质单元0.7块理论板，27块/米,五、设备性能研究,机械性能的研究,1、对设备长期运转动密封的可靠性和转子动平衡的要求2、通过工业化试验，对可操作性、稳定性和安全性进行 了长期考察；3、从真空到常压，对不同的精馏体系进行了工艺与设备 相匹配的系列研究试验。 经过十多年的研究和工业应用经验积累，形成了 设计、制造和工业应用一条龙的成套超重力精馏技术。 研究结果在Ind.Eng.Chem.Res， Chem.Eng.Process,Chin
7、.J. Chem.Eng.石油化工等国内外期刊上发表了数十篇论文。,六、产业化应用精馏流程,六、产业化应用,1、已应用于多种体系的连续精馏、解吸和萃取精馏过程；2、甲醇/水、DMSO/水、甲醇/甲缩醛/水、甲醇/叔丁醇、氯 化苯/异己烷、三乙胺/甲基异丙胺/水、萃取精馏制水乙 醇及医药中间体分离30多种体系等；3、浙江、江苏、湖北、山东、河南、安徽、江西、贵州、 广东等12省市产业化应用；4、推广设备200多台套台，且推广速度不断加快； 2004的第一套设备已连续运行六年多，设备性能稳定。,六、产业化应用,1、热敏高粘度产品的分离泛酸钙（维生素B5）脱除甲醇。高沸点、高粘度、热敏，含有水和10
8、%的甲醇，要求甲醇0.1%，采用填料塔只能到0.3%，无法出口。,六、产业化应用,折流式超重力床和填料塔主要技术指标的对比,六、产业化应用,2、建立分布式溶剂回收模式，产品与溶剂及时分离。,六、产业化应用,乙醇-水超重力精馏装置,六、产业化应用,甲醇-水超重力精馏装置,六、产业化应用,六、产业化应用,医药中间体超重力精馏装置,六、产业化应用,医药中间体超重力精馏装置,七、超重力精馏技术特点,1、体积小、高度低,七、超重力精馏技术特点,2、资源能源节约,折流式超重力床能耗降低主要来自于设备体积大幅度减小而带来的热损失减小以及冷却水循环泵功率的降低，一般来说超重力床电机功耗是可以被热损失减小的部分
9、抵消的。,八、经济和社会效益,2、社会效益,（1）资源、能源节约 1 米高的折流式超重力床可代替10 多米高的精馏 塔，钢材用量和占地面积仅为精馏塔的1/4，辅助设 施建设成本显著降低；（2）生产安全 无需考虑台风、雷击、地震及高空作业等在精馏塔 建设中必须考虑的因素，生产的安全性大大提高， 实际使用时操作和维修方便；（3）应用在空间受限的场合。,十、知识产权,授权发明专利6 项，其中美国专利1项 授权实用新型专利8项,编制企业标准1项发明专利：1、折流式超重力场超重力床装置 ZL01134321.42、多层折流式超重力超重力床装置ZL200510049145.13、Equipment of multi-rotors zigzag high-gravity rotating beds US7344126B24、一种折流式气液错流型超重力场超重力床装置 ZL200710156194.45、一种同心圈式错流型超重力场超重力床装置 ZL200710156537.76、折流式气液错流型超重力场超重力床装置 ZL200710156196.3,谢谢！,
